Lưu Chí là cháu 4 đời của Hán Chương Đế, cha là Lãi Ngu hầu Lưu Ký, mẹ là Yên phu nhân, hiện chưa rõ tên là gì.

Lưu Chí lớn lên được phong chức Ngô Lễ hầu và lấy em gái của Lương thái hậu. Năm ông 14 tuổi, ngoại thích Lương Ký - anh của Lương thái hậu - hãm hại vua Hán Chất Đế và lập Lưu Chí lên ngôi, tức là Hán Hoàn Đế.